Fotomultiplicatoren

Fotomultiplicatoren, vaak afgekort als PMT (photomultiplier tube), zijn hooggevoelige lichtdetectoren die zwakke lichtsignalen kunnen omzetten in meetbare elektrische pulsen. Ze bestaan uit een vacuümbuis met een fotokatode die fotonen omzet in elektronen, en een keten van dynodes die de elektronen via secundaire emissie vermenigvuldigen. Door deze cascades ontstaat een versterkingsfactor van ongeveer 10^6 tot 10^7, waardoor zelfs enkele fotonen nog als signalen kunnen worden gedetecteerd.

Constructie en werking: Een PMT bevat een fotokatode, die elektronen afgeeft wanneer licht opvalt. De vrijgemaakte elektronen worden versneld naar een reeks dynodes; bij elke dynode ontstaan tientallen tot honderden secundaire elektronen, waardoor de totale stroom exponentially toeneemt. De uiteindelijke elektronenstroom wordt verzameld door een anode en omgezet in een leesbaar elektrisch signaal. PMT’s vereisen een hoge spanning, vaak enkele honderden tot duizenden volt, en zijn geplaatst in een vacuüm om efficiënte electronentransport te garanderen.

Eigenschappen en prestaties: De kwantumefficiëntie (QE) van fotokatoden bepaalt welke golflengten het apparaat het beste kan detecteren. Veel gebruikte materialen zijn alkali-antimoniet-varianten (bijv. Na-K-Sb-Cs, Cs-Sb). PMT’s onderscheiden zich door snelle responstijden, lage ruis bij stilstaand licht en goede timingprecisie, maar zijn gevoelig voor magnetische velden en vereisen vaak afscherming en stabiele hoogspanningsvoorziening. Het grootste nadeel kan de grootte, borduursingang en onderhoud zijn.

Toepassingen: PMT’s worden breed ingezet in deeltjes- en astrofysica, Cherenkov-detectors, scintillatiedetectoren, medische beeldvorming (PET) en vlagenketen-analyses in experimentele omgevingen. Ze blijven ondanks de opkomst van siliciums gebaseerde sensoren populair vanwege hun hoge gain, snelle respons en robuuste betrouwbaarheid. Alternatieven zoals siliconen fotomultipliers (SiPM) bieden minder kwetsbaarheid voor magnetische velden en eenvoudiger bedrading, maar hebben hun eigen karakteristieken wat betreft ruis en dynamisch bereik.